PWM motorvezérlés alapok
A PWM (Pulse Width Modulation), azaz impulzusszélesség-moduláció egy olyan technika, amely lehetővé teszi számunkra, hogy az elektromos eszközhöz tartozó feszültség átlagértékét gyors sebességgel bekapcsolva és kikapcsolva állítsuk be. A PWM motorvezérlés egy hatékony módszer az egyenáramú motorok fordulatszámának szabályozására, mivel a teljesítményfokozat többnyire teljesen be- vagy teljesen kikapcsolt állapotban tud működni, ami minimálisra csökkenti a disszipációt a lineáris szabályozáshoz képest.
A működés elve
A PWM lényege, hogy a motorra adott feszültséget egy négyszöghullám segítségével kapcsolgatjuk. A négyszöghullám kitöltési tényezőjének - azaz annak, hogy a periódusidő mekkora részében van a jel magas szinten - változtatásával szabályozható a motorra jutó átlagos feszültség, és ezáltal a fordulatszám is. A PWM kitöltési tényezőjének változtatásával együtt változik a motorra kapcsolódó feszültség egyenáramú középértéke, amely viszont a motor fordulatszámának változását eredményezi.
| Paraméter | Leírás |
|---|---|
| Kitöltési tényező | A periódusidő mekkora részében van a jel magas szinten. |
| PWM frekvencia | A jel ismétlődési sebessége, amely befolyásolja a motor zaját. |
| Fordulatszám | A motor forgási sebessége, amelyet a kitöltési tényezővel szabályozhatunk. |
Gyakorlati szempontok és kihívások
Egy motorvezérlő-alkalmazásban a PWM-frekvencia megválasztásán múlik a motor hangja, valamint a teljesítménytranzisztor szükséges kapcsolási sebessége. Az emberi fül a 20 Hz és 20 kHz közé eső frekvenciájú mechanikai rezgést képes hangként érzékelni, ezért ha túl erős működési zaj hallható, érdemes növelni a PWM-frekvenciát. A PWM gyors kapcsolási éleket hoz létre, amelyek zajt sugároznak és vezetnek, ami szerkezeti rezgésként is jelentkezhet.
Pulse Width Modulation (PWM) - Electronics Basics 23
A forgásirány szabályozásához csak a motoron át vezetett áram irányát kell megváltoztatnunk, és ennek leggyakoribb módja a H-híd használata. A H-Bridge-áramkör négy kapcsolóelemet, tranzisztort vagy MOSFET-et tartalmaz. Ha ezt a két metódust (PWM és H-híd) kombináljuk, akkor teljes uralmunk lesz az egyenáramú motor felett.
Fejlesztési eszközök
Ma már léteznek minden szükséges tulajdonsággal rendelkező, nyolcbites mikrovezérlők is, amelyek aránylag könnyen elérhetővé teszik ezt a célt. Példaként említhető a Microchip PIC16F684 mikrovezérlő a beépített, bővített képességekkel rendelkező PWM-perifériájával (ECCP). A PWM frekvenciáját, kitöltési tényezőjét és felbontását az ECCP-modul tulajdonságait figyelembe véve kell meghatározni.
Az Arduino platform is kiválóan alkalmas PWM vezérlés megvalósítására. Az Arduino rendelkezik analóg kimenetekkel (PWM pinek), amelyekkel könnyedén vezérelhetünk egyenáramú motorokat. A Mach3 szoftverrel szintén beállítható a PWM motorvezérlés, amely lehetővé teszi a számítógép számára, hogy vezéreljen egy szerszámgépet. A fejlesztés során a PWM frekvencia kiválasztásakor négy tényezőt érdemes meghatározni: a célfordulatszám-tartományt, a kimeneti nyomatéktartományt, a tápfeszültség határértékeit és a megengedett akusztikus vagy EMI határértékeket.
Motorvezérlés hiba jelei Suzuki Ignis gépjárműben